[发明专利]一种冻土动载荷直剪仪

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程设备领域，具体的说，本发明涉及一种数字控制冻土动荷载直剪仪。

背景技术

地球上多年冻土、季节冻土和瞬时(短暂)冻土区的面积约占陆地面积的70%，其中多年冻土面积占陆地面积的20%．我国的多年冻土面积占国土面积的21.5%，在全世界占第三位，季节冻土区约占国土面积的53.5%，其中高海拔多年冻土面积居世界之最。随着西部大开发的来临，国家投资在青藏高原冻土地区建设包括青藏铁路在内的多项基础设施建设项目；而青藏高原地区是我国强震多发区之一，仅1980年以来在该地区就有14次6.0～6．9级地震，2次7．0～8．5级地震发生。特别是2001年l1月14日昆仑山口西8.1级地震在冻土区形成了规模宏大的地表形变，并对震区铁路、公路、地下管线、通信等工程设施造成了一定破坏，因此开展青藏高原冻土区的动剪切强度仪器的研究成为当务之急。

青藏铁路沿线的高温冻土(温度高于-1℃低于0℃)区面积占多年冻土区面积的一半以上，平均温度为-1.0℃左右。九度地震区超过100km。近年来，青藏高原几次较大的地震，对地面建筑和基础造成不同程度的破坏和影响。铁路列车、工程施工等对铁路路基产生持续的振动荷载，也使得土体受小尺度扰动而加速破坏。

目前，国内外进行直接剪切试验所采用的直剪仪一般都是由上、下剪切盒、垂直力加载系统、水平力加载系统、测定垂直向和水平向位移装置、以及提供反力的装置等部分组成。而常规的剪切盒无法提供动荷载。同时，常规剪切由于剪切盒的尺寸限制要求试样中的土体颗粒尺寸必须小于粗砂级别。

因此，需要发明一台直剪仪，它能提供一定频率下的动荷载、具有温控的装置并具备测试粗颗粒试样等要求，用于测试冻土动荷载下的抗剪强度。

针对现有技术存在的缺陷，提出本发明。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种解决了技术背景中所述的传统直剪仪无法测试土在动荷载下的力学参数，无法测定粒径大于细沙级别的重塑土样的问题，成功测得细沙及以下级别的土样在动荷载下的各种力学性质的一种数字控制动荷载直剪仪，填补了以往直剪仪只能测定土样静力学参数的空白。

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：一种冻土动载荷直剪仪，包括设置在固定架上的工作台，工作台上设有由承压辊、承压滚轮组成的导轨，导轨上设有剪切盒，剪切盒包括上剪切盒与下剪切盒，上剪切盒为固定，下剪切盒可在导轨上移动；剪切盒内有传压板，传压板与杠杆系统和配重块配合，为剪切盒内的试样提供竖向载荷，所述的上剪切盒的右侧外部设有顶头座，工作台的右侧端部固定有固定座，固定座上固定有顶头，顶头与上剪切盒的顶头座配合，固定住上剪切盒的右端，上剪切盒的左端通过设置在工作台上的固定装置固定；下剪切盒的左侧外部设有推动头，推动头通过插销与加载头的作动轴连接，加载头通过作动轴为下剪切盒提供水平动载荷，加载头通过固定板固定在工作台的左侧，加载头与油泵连接；作动轴上安装有一位移计顶板，位移计顶板与位移计配合用于测量下剪切盒的实时位移；作动轴上还安装有一力反馈器；位移计和力反馈器通过数据采集仪与数字测控系统以及计算机系统连接。

所述的传压板上开设有孔，温度探头通过该孔进入上剪切盒插入至冻土试样中，温度探头与数据采集仪连接。

所述的固定上剪切盒的左端的固定装置包括设置在工作台前侧的前支架和设置在工作台后侧的后支架，前支架和后支架的上端分别固定有前丝杆和后丝杆；一角钢，角钢的两端开设有孔，角钢两端的孔分别套在前丝杆和后丝杆上；前丝杆和后丝杆上分别旋装有螺纹螺母；螺纹螺母与角钢配合用于固定上剪切盒的左端。

所述的上剪切盒为150mm×150mm×40mm的上、下通透的柱体，所述的下剪切盒为150mm×150mm×30mm的上端开口并具有密封底部的柱体。

所述加载头提供的水平动载荷的最大负载为20kN，频率范围为0～6Hz，典型工况频率为2Hz，最大剪切位移的范围为-30mm～45mm。

所述的上剪切盒与传压板之间还设有一用于增加试样承压高度的塑料板。

本发明的有益效果是：

本发明解决了传统直剪仪只能测试土样的静力学参数，无法测试土样在动荷载下的力学参数的问题，同时也解决了传统直剪仪因其尺寸较小，而无法测试细颗粒土的问题，将可测试的颗粒范围提升到了4.5mm，且测试过程中可以时时监控土样温度，也用于冻土的研究，为寒冷或高寒地区土建与交通工程提供合理的参数。

附图说明